Электрическое поле клетки.мембранный потенциал покоя. Потенциал действия и его распространение по нервному волокну презентация

Как ни удивительны электрические явления в неорганическом веществе, несравненно удивительнее электрические явления в биосистемах. Майкл Фарадей

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ И ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКИ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ – это особый вид материи, посредством которой осуществляется силовое взаимодействие между заряженными частицами или телами. Они также являются источником электрического поля.
Силовой характеристикой электрического поля является НАПРЯЖЁННОСТЬ (Е) - векторная величина, равная отношению силы, действующей в данной точке поля на точечный заряд, к величине этого заряда
Энергетической характеристикой электрического поля является ПОТЕНЦИАЛ (φ) – скалярная величина, равная работе по перемещению положительного электрического заряда в 1 Кл в электрическом поле в бесконечность.
ε0 ≈8,84·10-12Ф/м – электрическая постоянная, ε – диэлектрическая проницаемость среды.
Потенциал электрического поля (точнее разность потенциалов) можно измерить!
Напряжённость поля вычисляют как отрицательный градиент электрического потенциала.

ПРИЧИНЫ МЕМБРАННОГО ПОТЕНЦИАЛА ПОКОЯ:
2. Неодинаковая проницаемость мембраны для различных ионов.
В покое мембрана нервного волокна проницаема для ионов калия, но мало проницаема для других ионов. Поэтому в покое постоянно происходит диффузия ионов калия изнутри клетки наружу. Концентрация ионов калия практически не меняется. Но электрический потенциал внутри клетки оказывается сниженным по отношению к электрическому потенциалу наружной среды, а мембранный потенциал покоя имеет отрицательное значение.
3. Электрогенность натрий-калиевого насоса
Натрий-калиевый насос выводит за один цикл 3 иона натрия из клетки, а вводит только два иона калия. Т.е. за один цикл на 3 выведенных положительных иона приходится 2 введённых положительных иона. На долю этого механизма приходится около 10% мембранного потенциала покоя

УРАВНЕНИЕ НЕРНСТА
Если измерить концентрации ионов калия, натрия и хлора внутри и снаружи клетки и подставить эти концентрации в уравнение Нернста можно рассчитать потенциалы электрохимического равновесия ионов:
Сравнение потенциалов электрохимического равновесия различных ионов со значением мембранного потенциала покоя, измеренного с помощью милливольтметра, показывает, что к его величине наиболее близок потенциал электрохимического равновесия ионов калия. Это доказывает, что диффузия ионов калия изнутри клетки наружу – основная причина мембранного потенциала покоя.

ПОТЕНЦИАЛ ДЕЙСТВИЯ
- быстрое колебание величины мембранного потенциала от уровня потенциала покоя. (Синонимы – «нервный импульс», «распространяющееся возбуждение», «деполяризация»,«спайк»).
Амплитуда ПД нервного волокна составляет около 100 мВ.
Длительность ПД нервного волокна составляет около 1-2 мс.
1 фаза –деполяризация – отклонение мембранного потенциала в положительную сторону
2 фаза – реполяризация – возврат мембранного потенциала к уровню потенциала покоя
Возникновение потенциала действия связано с резким увеличением проницаемости мембраны для ионов натрия, которое возникает по действием электрического или иного раздражения нервного волокна.

Открываются натриевые каналы
Открыты большинство натриевых каналов
Открываются калиевые каналы на фоне инактивации натриевых
Проницаемость для натрия
Проницаемость для калия
Каждый канал имеет вольт-амперную характеристику – зависимость протекающего через них электрического тока от величины мембранного потенциала. У натриевых и калиевых каналов она различна.
2 различие – наличие у натриевых каналов инактивационных ворот и, таким образом, инактивированного состояния.

ДИНАМИКА СОСТОЯНИЯ НАТРИЕВЫХ И КАЛИЕВЫХ КАНАЛОВ МЕМБРАНЫ ВО ВРЕМЯ ПОТЕНЦИАЛА ДЕЙСТВИЯ

ЗАКОНЫ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ ПО НЕРВНОМУ ВОЛОКНУ
Закон непрерывного и бездекрементного распространения потенциала действия по нервному волокну, обладающему анатомической и физиологической целостностью.
Закон двустороннего, но не обратного распространения ПД по нервному волокну.
Закон изолированного проведения ПД по нервным волокнам в составе нерва, состоящего из множества нервных волокон.
Проведение по немиелинизированному (синоним – «безмякотное») волокну «от точке к точке». Стрелочки – направления местных токов (от «+» к «-»)

РАСПРОСТАРНЕНИЕ ПД ПО МИЕЛИНИЗИРОВАННОМУ НЕРВНОМУ ВОЛОКНУ
По миелинизированным волокнам ПД распространяется быстрее, чем по немиелинизированным (т.к. по миелинизированным - скачками).

Возникновение ПД в нервной системе служит для инициации мышечных сокращений
Возникновение ПД в в сердце вызывает его сокращения, а также появление электрического поля, связанного с циклом возбуждения в сердце. Его регистрацию проводят в ходе электрокардиографии.